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康明斯同步发电机空载特性和负载运行特性
发布时间:2019-04-29 22:41:50  ▏阅读:

 

使用说明书

 同步交流发电机的分类和工作特性

 

康明斯发电机运行的同步电机是一种最常用的交流发电机。在现代电力工业中,它广泛用于水力发电、火力发电、核能发电以及柴油机发电。由于同步发电机一般采用直流励磁,当其单机独立运行时,通过调节励磁电流,能方便地调节发电机的电压。若并入电网运行,因电压由电网决定,不能改变,此时调节励磁电流的结果是调节了电机的功率因数和无功功率。

 

一、发电机分类

 

同步发电机的基本形式分为旋转电枢式和旋转磁极式两种类型。这两类同步发电机虽然结构上与所不同,但基本原理是相同的,即磁场与导线的相对运动,切割磁力线,导线产生感应电势。

 

交流发电机分类示意图.png

 

1、旋转电枢式发电机

旋转电枢式发电机的磁场固定的,而电枢则由原动机拖动旋转,三相交流电流通过滑环和电刷的引接送到负载。这类发电机的优点是铁心硅钢片的利用率较高,而且定子是机座可作磁轭,以节约钢材,其缺点是输出的容量受到限制,电压也不能太高,这是由于以下原因。

(1)电枢绕组的电流是通过滑环和电刷的连接引到外电路的。如果输出电流过大,会引起滑环与电刷之间产生过大的火花;若输出电压过大,则滑环和电刷的绝缘不易解决,因此电压一般不超过500V。

(2)由于电枢所占的空间有限,若绕组匝数过多和绝缘层过厚,制作困难,这就限制电压增高和容量增大。

(3)当电枢转速较高时, 由于离心力的作用和振动增大,容易造成电枢损坏,因此,限制发电机的运行。

(4)这类发电机结构较复杂,造价也比较贵。

基于上述原因,用这类发电机供电已很少采用,通常此无刷发电机作交流励磁机用。

 

2、旋转磁极式发电机

旋转磁极式发电机的电枢是固定的,而磁极则是旋转的,电枢绕组均匀分布在整个铁心槽内这类同步发电机,按其磁极的形状,又可分为凸极式和隐极式两种。

(1)凸极式发电机

凸极式发电机有明显的磁极,在磁极铁心上套有集中磁极绕组。它的气隙是不均匀的,极弧下气隙较小,而极间部分气隙较大。

(2)隐极式发电机

隐极式发电机没有明显的磁极,磁极绕组分散嵌在转子铁心槽内。由于它的转子制成圆柱形,因此,其气隙是均匀的。

旋转磁极式发电机有效多的空间位置来嵌放电枢绕组和绝缘材料。电枢绕组输出的交流电流可直接送往负载,其机械强度和绝缘条件均比较好,可靠性也比较高。

 

二、发电机工作特性

 

同步发电机的定子、转子结构与同步电机相同,一般采用三相形式,只在某些小型同步发电机中电枢绕组采用单相。表征同步发电机性能的主要是空载特性和负载运行特性。这些特性是用户选用发电机的重要依据。

 

1、空载特性:

发电机不接负载时,电枢电流为零,称为空载运行。此时电机定子的三相绕组只有励磁电流If 感生出的空载电动势E0(三相对称),其大小随 If 的增大而增加。但是,由于电机磁路铁心有饱和现象,所以两者不成正比。反映空载电动势E0 与励磁电流If 关系的曲线称为同步发电机的空载特性。

 

2、电枢反应

当发电机接上对称负载后,电枢绕组中的三相电流会产生另一个旋转磁场,称电枢反应磁场。其转速正好与转子的转速相等,两者同步旋转。与转子励磁磁场均可近似地认为都按正弦规律分布。它们之间的空间相位差取决于空载电动势 E0 与电枢电流 I 之间的时间相位差。电枢反应磁场还与负载情况有关。当发电机的负载为电感性时,电枢反应磁场起去磁作用,会导致发电机的电压降低;当负载呈电容性时,电枢反应磁场起助磁作用,会使发电机的输出电压升高。

 

交流发电机电枢反应示意图.png

 

3、负载运行特性

(1)外特性

外特性是当转速为额定值、励磁电流和负载功率因数为常数时,发电机端电压 U 与负载电流 I 之间的关系。调整特性是转速和端电压为额定值、负载功率因数为常数时,励磁电流 If 与负载电流之间的关系。还有电阻性、电容性和电感性 3 种负载的情况。由于电枢反应磁场影响的不同,三者的曲线也不一样。在外特性中,从空载到额定负载时电压的变化程度称为电压变化率△U。所谓发电机的外特性,就是指励磁电流、转速、功率因数为常数的条件下,变更定子负荷电流时,端电压U的变化曲线,即U=f(I)曲线。

在滞后的功率因数情况下cos(θ),当定子电流增加时,电压降落较大,就是由于此时电枢反应是去磁的。在超前的功率因数的情况下[cos(-θ)],定子电流增加时,电压反而升高,这是由于电枢反应是助磁的。在cos(θ)=1,电压降落较小。外特性可以用来分析发电机运行中的电压波动情况,借以提出对自动调节励磁装置调节范围的要求。

(2)调整特性

所谓发电机的调整特性,系指电压、转速、功率因数为常数的条件下,变更定子负荷电流时,励磁电流的变化曲线。不同功率因数下的调整特性可以看出,在滞后的功率因数情况下,负荷增加,励增电流也必须增加。这是因为此时去磁作用加强,要维持气隙磁通;必须增加转子磁势。在超前的功率回数下,负荷增加,励磁电流一般还要降低。这是因为电枢反应有助磁作用的缘故。调整特性可以使运行人员了解:在某一功率因数时,定子电流到多少而不使励磁电流超过制造厂的规定值,并能维持额定电压。利用这此曲线,可使电力系统无功功率更合理一些。

 

4、电压变化率

约为 20~40%。一般工业和家用负载都要求电压保持基本不变。为此, 随着负载电流的增大,必须相应地调整励磁电流。有 3 种不同性质负载下的调整特性。虽然调整特性的变化趋势与外特性正好相反,对于感性和纯电阻性负载,它是上升的,而在容性负载下, 一般是下降的。

 

 


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